2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-quality cryopreservation technique of food by enhancement of supercooling utilizing ultrasonic vibration and alternating magnetic field
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17K06192
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
多田 幸生 金沢大学, 機械工学系, 教授 (20179708)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大西 元 金沢大学, 機械工学系, 助教 (80334762)
春木 将司 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (90432682)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 凍結 / 過冷却 / 超音波振動 / 核生成 / 食品 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コールドチェーンの発達に伴って食品を安全かつ美味しく凍結保存する技術の確立が求められている．凍結保存は原理的には，低温化と活性水分の低減により生化学反応の抑制を図るものであるが，凍結の過程で細胞レベルのミクロ現象が生じ，これが各種の凍結損傷に繋がる．したがって，食品の品質を劣化させない効果的な凍結技術の開発が課題となる．本研究課題では，高周波超音波振動ならびに交番磁場を利用した凍結過程における氷晶形成の能動的制御の追究する．すなわち，高周波超音波振動の付与によるミクロな振動および交番磁場による静電気的作用を利用して，細胞内外の水の過冷却の促進を図り，それによる高品質な凍結を実現する冷却技術の開発を目標とした．
初年度の実験結果において，交番磁場については過冷却に及ぼす明確な効果は得られなかったことから，本研究課題では高周波超音波振動の効果に重点を置いて研究を推進した．まず，1MHzの高周波超音波振動を水に付与すると，低過冷却度での核生成の抑制および過冷却度の分散を小さくする傾向が見られたが，平均的には有意な過冷却促進効果は得られず，本研究の目標である大幅な過冷却促進が難しいと判断した．一方，模擬食品としての寒天ゲルに対しては超音波の吸収に伴う発熱作用が顕著に現れ，この効果を利用した温度制御により組織全域を過冷却状態へ移行させ，それを解除することで組織体全域を急速凍結できることが示された．また，最終年度には，過冷却域の長さが超音波出力および冷却条件と関連づけて実験的・解析的に追究された．さらに，高周波超音波は水を透過し，氷に優先的に吸収される性質に着目し，内部発熱効果を利用した均質・急速解凍法としての有効性が実験的に見出された．以上の結果から，高周波超音波振動を利用した食品の高品質凍結・解凍技術としての可能性が実験的に見出された．
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